No kā izgatavoti automašīnu virsbūves

Izstrādājot jaunu automašīnas modeli, katrs ražotājs cenšas palielināt savu produktu dinamiku, bet tajā pašā laikā neatņemt automašīnai drošību. Lai arī dinamiskā veiktspēja lielā mērā ir atkarīga no motora veida, ievērojama loma ir automašīnas virsbūvei. Jo smagāks tas ir, jo vairāk pūļu pieliks iekšdedzes dzinējs, lai paātrinātu transportu. Bet, ja automašīna ir pārāk viegla, tas bieži vien negatīvi ietekmēs piespiedējspēku.

Padarot savus produktus vieglākus, ražotāji cenšas uzlabot ķermeņa aerodinamiskās īpašības (kas ir aerodinamika, tas ir aprakstīts vēl viena atsauksme). Transportlīdzekļa svara samazināšana tiek veikta ne tikai, uzstādot vienības, kas izgatavotas no vieglmetāla materiāliem, bet arī pateicoties vieglajām ķermeņa daļām. Izdomāsim, no kādiem materiāliem tiek izgatavotas automašīnu virsbūves, kā arī kādi ir katra no tiem plusi un mīnusi.

Automašīnu virsbūves aizvēsture

Mūsdienu automašīnas virsbūvei tiek pievērsta ne mazāk uzmanība nekā tās mehānismiem. Šeit ir parametri, kuriem tai jāatbilst:

1. Ilgstošs. Sadursmē tas nedrīkst ievainot pasažieru salonā esošos cilvēkus. Griezes stingrībai jānodrošina, lai automašīna saglabātu formu, braucot pa nelīdzenu reljefu. Jo mazāks ir šis parametrs, jo lielāka ir iespējamība, ka automašīnas rāmis tiek deformēts, un transportlīdzeklis nebūs piemērots turpmākai darbībai. Īpaša uzmanība tiek pievērsta jumta priekšpuses izturībai. Tā dēvētais "aļņu" tests palīdz autoražotājam noteikt, cik droša automašīna būs, sitot garu dzīvnieku, piemēram, stirnu vai alni (visa liemeņa masa atrodas uz vējstikla un jumta augšējā pārsega virs tā).
2. Mūsdienu dizains. Pirmkārt, izsmalcināti autobraucēji pievērš uzmanību tieši virsbūves formai un ne tikai automašīnas tehniskajai daļai.
3. Drošība. Ikvienam transportlīdzeklī jābūt pasargātam no ārējām ietekmēm, tostarp sānu sadursmē.
4. Daudzpusība. Materiālam, no kura izgatavots automašīnas korpuss, jāiztur dažādi laika apstākļi. Papildus estētikai krāsas tiek izmantotas, lai aizsargātu materiālus, kas baidās no agresīvas mitruma.
5. Izturība. Nav nekas neparasts, ka radītājs ekonomē uz virsbūves materiāla, tāpēc jau pēc dažiem darbības gadiem automašīna kļūst nelietojama.
6. Uzturamība. Lai pēc nelielas avārijas jums nebūtu jāizmet automašīna, modernu virsbūves tipu ražošana nozīmē moduļu montāžu. Tas nozīmē, ka bojāto daļu var aizstāt ar līdzīgu jaunu.
7. Pieejama cena. Ja automašīnas virsbūve ir izgatavota no dārgiem materiāliem, autoražotāju vietās uzkrāsies milzīgs skaits nepieprasītu modeļu. Tas bieži notiek nevis sliktas kvalitātes, bet gan augsto transportlīdzekļu izmaksu dēļ.

Lai virsbūves modelis atbilstu visiem šiem parametriem, ražotājiem ir jāņem vērā to materiālu īpašības, no kuriem izgatavoti rāmis un ārējie virsbūves paneļi.

Lai automašīnas ražošana neprasītu daudz resursu, uzņēmumu inženieri izstrādā tādus virsbūves modeļus, kas ļauj apvienot to galveno funkciju ar papildu. Piemēram, galvenās vienības un salona daļas ir piestiprinātas pie automašīnas konstrukcijas.

Sākotnēji automašīnu dizains tika balstīts uz rāmi, pie kura tika piestiprinātas pārējās automašīnas vienības. Šis tips joprojām ir sastopams dažos automašīnu modeļos. Piemērs tam ir pilnvērtīgi apvidus automobiļi (lielākajai daļai džipu ir vienkārši pastiprināta virsbūves struktūra, bet rāmja nav, šāda veida apvidus automašīnas sauc krustojums) un kravas automašīnām. Pirmajās automašīnās katru paneli, kas piestiprināts rāmja konstrukcijai, varēja izgatavot ne tikai no metāla, bet arī no koka.

Pirmais modelis ar bezrāmju nesošo konstrukciju bija Lancia Lambda, kas no konveijera noripoja 1921. gadā. Eiropas modelis Citroen B10, kas nonāca pārdošanā 1924. gadā, saņēma viengabala tērauda virsbūves konstrukciju.

Lancia lambda

Citroen b10

Šī attīstība izrādījās tik populāra, ka lielākā daļa tā laika ražotāju reti atteicās no tērauda monokoka virsbūves koncepcijas. Šīs mašīnas bija drošas. Dažas firmas noraidīja tēraudu divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, šis materiāls nebija pieejams visās valstīs, it īpaši kara gados. Otrkārt, tērauda korpuss ir ļoti smags, tāpēc daži, lai uzstādītu iekšdedzes motoru ar mazāku jaudu, ir apdraudēti virsbūves materiālos.

Otrā pasaules kara laikā tērauda visā pasaulē pietrūka, jo šis metāls tika pilnībā izmantots militārām vajadzībām. Vēlmes dēļ noturēties virs ūdens, daži uzņēmumi ir nolēmuši savu modeļu virsbūvi izgatavot no alternatīviem materiāliem. Tātad šajos gados automašīnas ar alumīnija virsbūvi parādījās pirmo reizi. Šādu modeļu piemērs ir Land Rover 1. sērija (korpuss sastāvēja no alumīnija paneļiem).

Vēl viena alternatīva ir koka rāmis. Šādu automašīnu piemērs ir Willys Jeep Stations Wagon Woodie modifikācija.

Tā kā koka korpuss nav izturīgs un tam bija nepieciešama nopietna aprūpe, šī ideja drīz tika atteikta, taču attiecībā uz alumīnija konstrukcijām ražotāji nopietni domāja par šīs tehnoloģijas ieviešanu mūsdienu ražošanā. Lai gan galvenais acīmredzamais iemesls ir tērauda trūkums, tas patiesībā nebija dzinējspēks, pēc kura autoražotāji sāka meklēt alternatīvas.

1. Kopš globālās degvielas krīzes lielākajai daļai automašīnu zīmolu ir nācies pārdomāt savu ražošanas tehnoloģiju. Pirmkārt, auditorija, kurai nepieciešami jaudīgi un apjomīgi motori, ir strauji samazinājies augsto degvielas izmaksu dēļ. Autobraucēji sāka meklēt mazāk rijīgas automašīnas. Un, lai transports ar mazāku motoru būtu pietiekami dinamisks, bija nepieciešams viegls, bet tajā pašā laikā pietiekami izturīgs materiāls.
2. Visā pasaulē laika gaitā transportlīdzekļu emisiju vides standarti ir kļuvuši stingrāki. Šī iemesla dēļ ir sākta tehnoloģiju ieviešana, lai samazinātu degvielas patēriņu, uzlabotu gaisa un degvielas maisījuma sadegšanas kvalitāti un palielinātu spēka agregāta efektivitāti. Lai to izdarītu, jums jāsamazina visas automašīnas svars.

Laika gaitā parādījās kompozītmateriālu attīstība, kas ļāva vēl vairāk samazināt transportlīdzekļu svaru. Apsvērsim, kāda ir katra materiāla, kas tiek izmantots automobiļu virsbūvju ražošanai, īpatnība.

Tērauda korpuss: priekšrocības un trūkumi

Lielākā daļa mūsdienu automašīnas virsbūves elementu ir izgatavoti no velmēta tērauda. Metāla biezums dažās sekcijās sasniedz 2.5 milimetrus. Turklāt gultņu daļā galvenokārt tiek izmantots zemu oglekļa saturu lokšņu materiāls. Pateicoties tam, automašīna ir diezgan viegla un vienlaikus izturīga.

Šodien tērauda nepietiek. Šim metālam ir augsta izturība, no tā var apzīmogot dažādu formu elementus, un detaļas var viegli piestiprināt kopā, izmantojot punktmetināšanu. Ražojot automašīnu, inženieri pievērš uzmanību pasīvajai drošībai, bet tehnologi pievērš uzmanību materiāla apstrādes vienkāršībai, lai transporta izmaksas būtu pēc iespējas zemākas.

Un metalurģijas jomā vissarežģītākais uzdevums ir iepriecināt gan inženierus, gan tehnologus. Paturot prātā vēlamās īpašības, ir izstrādāta īpaša tērauda kategorija, kas gatavajā produktā piedāvā ideālu vilkšanas un pietiekamas izturības kombināciju. Tas vienkāršo virsbūves paneļu ražošanu un palielina automašīnas rāmja uzticamību.

Šeit ir vēl dažas tērauda korpusa priekšrocības:

• Tērauda izstrādājumu remonts ir vienkāršākais - vienkārši iegādājieties jaunu elementu, piemēram, spārnu, un nomainiet to;
• To ir viegli pārstrādāt - tērauds ir ļoti pārstrādājams, tāpēc ražotājam vienmēr ir iespēja iegūt lētas izejvielas;
• Velmēta tērauda ražošanas tehnoloģija ir vienkāršāka nekā vieglmetāla analogu apstrāde, tāpēc izejviela ir lētāka.

Neskatoties uz šīm priekšrocībām, tērauda izstrādājumiem ir vairāki būtiski trūkumi:

1. Gatavie produkti ir vissmagākie;
2. Uz neaizsargātām daļām ātri attīstās rūsa. Ja elements nav aizsargāts ar krāsu, bojājumi ātri padarīs ķermeni nelietojamu;
3. Lai lokšņu tēraudam būtu paaugstināta stingrība, daļa ir jāapzīmogo daudzas reizes;
4. Tērauda izstrādājumu resurss ir vismazākais salīdzinājumā ar krāsainajiem metāliem.

Mūsdienās tērauda īpašības tiek palielinātas, pievienojot dažu ķīmisko elementu sastāvu, kas palielina tā izturību, izturību pret oksidāciju un plastiskuma īpašības (TWIP zīmola tērauds spēj izstiepties līdz 70%, un tā stipruma maksimālais rādītājs ir 1300 MPa).

Alumīnija korpuss: priekšrocības un trūkumi

Iepriekš alumīniju izmantoja tikai paneļu izgatavošanai, kas bija noenkuroti uz tērauda konstrukcijas. Mūsdienu attīstība alumīnija ražošanā ļauj izmantot materiālu arī rāmja elementu veidošanai.

Lai gan šis metāls ir mazāk uzņēmīgs pret mitrumu nekā tērauds, tam ir mazāka izturība un mehāniskā elastība. Šī iemesla dēļ, lai samazinātu automašīnas svaru, šo metālu izmanto durvju, bagāžnieku, motora pārsegu izveidošanai. Lai rāmī izmantotu alumīniju, ražotājam jāpalielina izstrādājumu biezums, kas bieži vien ir pretrunā ar vieglāku transportēšanu.

Alumīnija sakausējumu blīvums ir daudz mazāks nekā tēraudam, tāpēc trokšņa izolācija automašīnā ar šādu virsbūvi ir daudz sliktāka. Lai nodrošinātu, ka šādas automašīnas interjers saņem minimālu ārējo troksni, ražotājs izmanto īpašas trokšņu slāpēšanas tehnoloģijas, kas padarīs automašīnu dārgāku nekā līdzīga opcija ar tērauda virsbūvi.

Alumīnija korpusa izgatavošana agrīnā stadijā ir līdzīga tērauda konstrukciju izveidošanas procesam. Izejvielas tiek sadalītas loksnēs, pēc tam tās tiek apzīmogotas atbilstoši vēlamajam dizainam. Daļas tiek samontētas kopējā dizainā. Argona metināšana tiek izmantota tikai šim nolūkam. Dārgākos modeļos tiek izmantota lāzera punktmetināšana, īpaša līme vai kniedes.

Argumenti par labu alumīnija korpusam:

• Lokšņu materiālu ir vieglāk apzīmogot, tāpēc paneļu ražošanas procesā ir nepieciešama mazāk jaudīga iekārta nekā štancēšanai no tērauda;
• Salīdzinot ar tērauda korpusiem, identiskā forma, kas izgatavota no alumīnija, būs vieglāka, savukārt izturība paliek tajā pašā līmenī;
• Daļas ir viegli apstrādājamas un pārstrādājamas;
• Materiāls ir izturīgāks nekā tērauds - tas nebaidās no mitruma;
• Ražošanas procesa izmaksas ir zemākas, salīdzinot ar iepriekšējo versiju.

Ne visi autobraucēji piekrīt iegādāties automašīnu ar alumīnija virsbūvi. Iemesls ir tāds, ka pat ar nelielu negadījumu automašīnas remonts izmaksās dārgi. Pati izejviela maksā vairāk nekā tērauds, un, ja detaļa būs jāmaina, automašīnas īpašniekam būs jāmeklē speciālists, kuram ir īpašs aprīkojums kvalitatīvai elementu savienošanai.

Plastmasas korpuss: priekšrocības un trūkumi

Divdesmitā gadsimta otrā puse tika atzīmēta ar plastmasas izskatu. Šāda materiāla popularitāte ir saistīta ar faktu, ka no tā var izgatavot jebkuru struktūru, kas būs daudz vieglāka nekā pat alumīnijs.

Plastmasai nav nepieciešams krāsojums. Pietiek ar izejvielu pievienošanu nepieciešamajām krāsvielām, un produkts iegūst vēlamo nokrāsu. Turklāt tas neizbalē un nav jāpārkrāso, kad saskrāpēts. Plastmasa, salīdzinot ar metālu, ir izturīgāka, tā vispār nereaģē ar ūdeni, tāpēc nerūsē.

Hadi modelim ir plastmasas korpuss

Plastmasas paneļu izgatavošanas izmaksas ir daudz zemākas, jo iespiešanai nav vajadzīgi spēcīgi preses. Apsildāmās izejvielas ir šķidras, kuru dēļ ķermeņa daļu forma var būt pilnīgi jebkura, ko ir grūti panākt, lietojot metālu.

Neskatoties uz šīm nepārprotamajām priekšrocībām, plastmasai ir ļoti liels trūkums - tās izturība ir tieši saistīta ar darbības apstākļiem. Tātad, ja ārējā gaisa temperatūra nokrītas zem nulles, daļas kļūst trauslas. Pat neliela slodze var izraisīt materiāla pārsprāgt vai lidot gabalos. No otras puses, paaugstinoties temperatūrai, tā elastība palielinās. Daži plastmasas veidi, sildot saulē, deformējas.

Citu iemeslu dēļ plastmasas korpusi ir mazāk praktiski:

• Bojātās detaļas ir pārstrādājamas, taču šim procesam nepieciešams īpašs dārgs aprīkojums. Tas pats attiecas uz plastmasas rūpniecību.
• Plastmasas izstrādājumu ražošanas laikā atmosfērā tiek izvadīts liels daudzums kaitīgu vielu;
• Korpusa nesošās daļas nevar būt izgatavotas no plastmasas, jo pat liels materiāla gabals nav tik izturīgs kā plāns metāls;
• Ja plastmasas panelis ir bojāts, to var viegli un ātri nomainīt ar jaunu, taču tas ir daudz dārgāks nekā metāla plākstera metināšana pie metāla.

Lai gan šajās dienās ir dažādas norises, kas novērš lielāko daļu no uzskaitītajām problēmām, tehnoloģiju līdz pilnībai vēl nav izdevies panākt. Šī iemesla dēļ buferi, dekoratīvie ieliktņi, līstes galvenokārt ir izgatavoti no plastmasas, un tikai dažos automašīnu modeļos - spārni.

Kompozītkorpuss: priekšrocības un trūkumi

Kompozīts ir materiāls, kas satur vairāk nekā divas sastāvdaļas. Materiāla radīšanas procesā kompozīts iegūst viendabīgu struktūru, kuras dēļ gala produktam būs divu (vai vairāku) vielu īpašības, kas veido izejvielu.

Bieži vien kompozītu iegūst, līmējot vai saķepinot dažādu materiālu slāņus. Bieži vien, lai palielinātu detaļas izturību, katrs atsevišķais slānis tiek pastiprināts tā, lai materiāls darbības laikā nenolobītos.

Monokoka korpuss

Visizplatītākais kompozītmateriāls, ko izmanto automobiļu rūpniecībā, ir stikla šķiedra. Materiālu iegūst, stikla šķiedrai pievienojot polimēra pildvielu. Ārējie virsbūves elementi ir izgatavoti no šāda materiāla, piemēram, buferi, radiatora režģi, dažreiz galvas optika (biežāk tie ir izgatavoti no stikla, bet vieglās versijas ir izgatavotas no polipropilēna). Šādu detaļu uzstādīšana ļauj ražotājam izmantot tēraudu atbalsta korpusa daļu struktūrā, bet tajā pašā laikā saglabāt modeli pietiekami vieglu.

Papildus iepriekš uzskaitītajām priekšrocībām polimēru materiāls automobiļu rūpniecībā ieņem cienīgu vietu šādu iemeslu dēļ:

• Minimālais detaļu svars, bet tajā pašā laikā tiem ir pienācīgs spēks;
• Gatavais produkts nebaidās no mitruma un saules agresīvās ietekmes;
• Pateicoties elastībai izejvielu posmā, ražotājs var izveidot pilnīgi dažādas detaļu formas, ieskaitot vissarežģītākās;
• Gatavie izstrādājumi izskatās estētiski;
• Jūs varat izveidot milzīgas virsbūves daļas un dažos gadījumos pat visu virsbūvi, tāpat kā vaļu automašīnām (vairāk par šādām automašīnām lasiet atsevišķa pārskatīšana).

Tomēr novatoriskas tehnoloģijas nevar būt pilnīga alternatīva metālam. Tam ir vairāki iemesli:

1. Polimēru pildvielu izmaksas ir ļoti augstas;
2. Formai detaļas izgatavošanai jābūt perfektai. Pretējā gadījumā elements izrādīsies neglīts;
3. Ražošanas procesā ir ārkārtīgi svarīgi uzturēt darba vietu tīru;
4. Izturīgu paneļu izveidošana ir laikietilpīga, jo kompozītmateriāla izžūšana prasa daudz laika, un dažas ķermeņa daļas ir daudzslāņu. No šī materiāla bieži tiek izgatavoti cietie ķermeņi. To apzīmēšanai tiek izmantots spārnotais termins "monokoks". Monokoku ķermeņa tipu izveidošanas tehnoloģija ir šāda. Oglekļa šķiedras slānis ir pielīmēts ar polimēru. Tam virsū tiek uzlikts vēl viens materiāla slānis, tikai tā, lai šķiedras atrastos citā virzienā, visbiežāk taisnā leņķī. Pēc tam, kad produkts ir gatavs, to ievieto īpašā krāsnī un noteiktu laiku tur augstā temperatūrā, lai materiāls tiktu cepts un iegūtu monolītu formu;
5. Sadalot kompozītmateriāla daļu, to salabot ir ārkārtīgi grūti (aprakstīts auto buferu remonta piemērs šeit);
6. Kompozītdaļas netiek pārstrādātas, tikai iznīcinātas.

Ražošanas augsto izmaksu un sarežģītības dēļ parastajiem ceļu automobiļiem ir minimāls detaļu skaits, kas izgatavots no stikla šķiedras vai citiem saliktiem analogiem. Visbiežāk šādi elementi tiek uzstādīti superauto. Šādas automašīnas piemērs ir Ferrari Enzo.

2002 Ferrari Enzo

Tiesa, daži ekskluzīvi civilās sērijas modeļi saņem vispārīgu informāciju no kompozīta. Piemērs tam ir BMW M3. Šai automašīnai ir oglekļa šķiedras jumts. Materiālam ir nepieciešamais spēks, bet tajā pašā laikā tas ļauj pārvietot smaguma centru tuvāk zemei, kas palielina spiedienu, ieejot stūros.

Vēl vienu oriģinālu risinājumu vieglo materiālu izmantošanā automašīnas virsbūvē demonstrē slavenā superauto Corvette ražotājs. Gandrīz pusgadsimtu uzņēmums modelī izmanto telpisku metāla rāmi, uz kura piestiprināti salikti paneļi.

Oglekļa korpuss: priekšrocības un trūkumi

Līdz ar cita materiāla parādīšanos automašīnu drošība un tajā pašā laikā vieglums ir sasniedzis jaunu līmeni. Patiesībā ogleklis ir tas pats kompozītmateriāls, tikai jaunas paaudzes aprīkojums ļauj jums izveidot izturīgākas struktūras nekā monokoka ražošanā. Šis materiāls tiek izmantots tādu slavenu modeļu virsbūvēs kā BMW i8 un i3. Ja iepriekš citās automašīnās esošais ogleklis tika izmantots tikai kā dekorējums, tad šīs ir pirmās sērijveida automašīnas pasaulē, kuru virsbūve ir pilnībā izgatavota no oglekļa.

Abiem modeļiem ir līdzīgs dizains: pamatne ir modulāra platforma, kas izgatavota no alumīnija. Uz tā ir piestiprinātas visas automašīnas vienības un mehānismi. Automašīnu virsbūve sastāv no divām pusēm, kurās jau ir dažas salona detaļas. Montāžas laikā tie ir savienoti viens ar otru, izmantojot skrūvju skavas. Šo modeļu īpatnība ir tāda, ka tie ir veidoti pēc tāda paša principa kā pirmajām automašīnām - rāmja konstrukcijas (tikai pēc iespējas vieglākas), uz kuras ir fiksēti visi pārējie apbalvojumi.

Ražošanas procesā detaļas tiek savienotas viena ar otru, izmantojot īpašu līmi. Tas simulē metāla detaļu metināšanu. Šāda materiāla priekšrocība ir tā augstā izturība. Kad automašīna pārvar lielus pārkāpumus, virsbūves vērpes stingrība neļauj tai deformēties.

Vēl viena oglekļa šķiedras priekšrocība ir tā, ka detaļu ražošanai ir nepieciešams vismaz darbinieks, jo augsto tehnoloģiju aprīkojumu kontrolē elektronika. Oglekļa korpuss ir izgatavots no atsevišķām daļām, kas veidotas īpašās formās. Īpaša sastāva polimērs tiek iesūknēts veidnē zem augsta spiediena. Tas padara paneļus izturīgākus nekā šķiedru manuāla eļļošana. Turklāt mazu priekšmetu cepšanai ir nepieciešamas mazākas krāsnis.

Šādu produktu trūkumi galvenokārt ietver augstās izmaksas, jo tiek izmantotas dārgas iekārtas, kurām nepieciešama kvalitatīva apkalpošana. Arī polimēru cena ir daudz augstāka nekā alumīnija. Un, ja detaļa ir salauzta, tad to nav iespējams pats salabot.

Šeit ir īss video - piemērs tam, kā tiek montēti BMW i8 oglekļa korpusi:

Šādi tiek montēts jūsu BMW i8. Automašīnas BMW i8 montāža

Jautājumi un atbildes:

Kas ir iekļauts automašīnas korpusā? Automašīnas virsbūve sastāv no: priekšējā spārna, priekšējā vairoga, priekšējā statņa, jumta, B statņa, aizmugurējā statņa, spārniem, bagāžnieka paneļa un pārsega, apakšas.

Uz kā tiek atbalstīta automašīnas virsbūve? Galvenais korpuss ir kosmosa rāmis. Šī ir konstrukcija, kas izgatavota būra formā un atrodas pa visu ķermeņa perimetru. Korpuss ir piestiprināts pie šīs atbalsta konstrukcijas.